En las
locomotoras de doble expansión, el vapor de la caldera se expande en el grupo
de cilindros de alta presión y luego se va a un segundo cilindro del grupo de
baja presión.
El propósito
de la doble expansión es el conseguir la máxima potencia y eficiencia del
vapor formado en la caldera. En las locomotoras de doble expansión, el vapor es
admitido en los dos cilindros de alta y baja presión para conseguir un mayor
porcentaje de recorrido del pistón que en las locomotoras de expansión simple,
para una expansión total dada. Los mecanismos de distribución convencionales
limitaban la abertura de las toberas de vapor a los cilindros a cortos
intervalos (el vapor entra sólo durante un pequeño porcentaje de la carrera
total del pistón). Debido a esto, el vapor quedaba estrangulado
frecuentemente, lo cual originaba una caída de la presión que llegaba a los
cilindros y una pérdida de potencia en las locomotoras de expansión simple.
Las válvulas
de distribución mejoradas, con mayores aberturas para el vapor, se abrían en
cortos intervalos en las locomotoras modernas de expansión simple y reducían
la ventaja que les separaba de las de doble expansión; sin embargo, había otros
factores que entraban en juego.
Los tiempos
de apertura más largos que se utilizan en la doble expansión consiguen también
una presión de vapor en los pistones más uniforme, lo cual genera un momento de
giro más en las ruedas acopladas y menores tensiones en los mecanismos de
transmisión.
Cuando se
divide la expansión del vapor en dos etapas, se reduce la diferencia de
temperatura entre el vapor que entra y el que sale de los cilindros y también
en las paredes del cilindro, mientras que en las de expansión simple hay una
caída inicial de temperatura mayor. Las pérdidas por escape de vapor son menores,
y si hay alguna después de los segmentos del pistón de alta presión, este
vapor va al grupo de baja presión donde es eficazmente aprovechado.
Sin embargo,
después de 1905, la superioridad de las locomotoras de doble expansión fue
puesta a prueba con la introducción de los tubos recalentadores de Wilhelm
Schmidt. Este sistema solucionó, en gran medida, el problema de la pérdida de
potencia debida a la condensación en los cilindros de las locomotoras de
expansión simple, y también consiguió incrementar la potencia máxima alrededor
de un 20%. A partir de 1908, se instalaron recalentadores en las locomotoras de
doble expansión, lo que supuso un gran ahorro de carbón.
Arriba: La doble
expansión empezaba cuando se abría la segunda válvula del regulador. El vapor
vivo (naranja) entraba solamente en el cilindro de alta presión. Después pasaba,
como vapor de baja presión (amarillo) a los dos cilindros de baja presión, a
través del colector de baja presión. Finalmente, el vapor utilizado era
expulsado al exterior (crema).
Abajo: Poco antes de
la Segunda Guerra Mundial, la 4P. 4-4-0 N° 1101 de la LMS arrastra un tren
local en Penrith. Esta Serie de 240 locomotoras fue la única de doble expansión
fabricada en Inglaterra; llevaba un cilindro de alta presión entre el bastidor
y dos de baja presión por fuera.
Las primeras
locomotoras de doble expansión de éxito fueron tres 0-4-2 construidas en 1876
para el ferrocarril de Bayona y Biarritz, en el sudoeste de Francia, según
diseño del ingeniero suizo Anatole Mallet. Las pruebas realizadas entre
locomotoras de doble y simple expansión mostraron que las primeras consumían
entre un 12 y un 15% menos de carbón y agua, desarrollando una potencia máxima
un 20% mayor que las de expansión simple.
Fuente: El Mundo de los Trenes - Ediciones del Prado S.A. 1997 - Madrid (España)
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